10_Volinskiy.doc Пристрій для електромеханічного зміцнення циліндричних трибосполучень Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2011, № 4 62 Волинський Б.С., Диха М.О. Хмельницький національний університет м. Хмельницький, Україна ПРИСТРІЙ ДЛЯ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНОГО ЗМІЦНЕННЯ ЦИЛІНДРИЧНИХ ТРИБОСПОЛУЧЕНЬ Одною з найважливіших проблем сучасного машинобудування є розробка заходів по підвищен- ню довговічності машин в умовах жорстких швидкісних і навантажувальних режимів експлуатації. При цьому задача забезпечення об`ємної міцності деталей при нормальних умовах роботи практично вважа- ється вирішеною і на перше місце виходить міцність і зносостійкість поверхневого шару. Адже саме ко- нтакт поверхонь деталей машин визначає її ресурс в цілому. Тому зусилля науковців, інженерів, винахі- дників зараз у всьому світі сконцентровано навколо питань інженерії поверхні, на це витрачається левова частка всіх іноваційних капіталовкладень. Новою тенденцією стала розробка нових комбінованих техно- логій з використанням механічного та інших високоенергетичних впливів на поверхню деталей. Електромеханічне зміцнення (обробка) (ЕМО) засновано на поєднанні термічного й силового впливу на поверхневий шар оброблюваної деталі. Сутність цього способу [1] полягає в тому, що в про- цесі обробки через місце контакту інструмента з виробом проходить струм великої сили й низької напру- ги, внаслідок чого виступаючі гребінці поверхні піддаються сильному нагріванню, під тиском інструмен- та деформуються й згладжуються, а поверхневий шар металу зміцнюється. Обкатування і розкочування при ЕМО здійснюють, як правило, роликами, що чинять тиск на поверхню оброблюваної деталі. При пе- вному (робочому) зусиллі в зоні контакту деформуючих елементів і деталі інтенсивність напружень пе- ревищує межу текучості, внаслідок чого відбувається пластична деформація мікронерівностей, зміню- ються фізико-механічні властивості і структура поверхневого шару (наприклад, збільшується мікротвер- дість або виникають залишкові напруження в поверхневому шарі). Об'ємна деформація деталі зазвичай незначна. На рис. 1 представлена характеристика способу електромеханічної обробки по галузям застосу- вання, використовуваним матеріалам, формі оброблюваних деталей та ефективності отримуваних ре- зультатів. ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНА ОБРОБКА ЗАСТОСУВАННЯ МАТЕРІАЛИ ФОРМА ДЕТАЛЕЙ ЕФЕКТИВНІСТЬ ВИГЛАДЖУВАННЯ ЗМІЦНЕННЯ ВІДНОВЛЕННЯ Дискретні структури Мастильні профілі СТАЛІ ЧАВУНИ КОЛЬОРОВІ МЕТАЛИ ПОКРИТТЯ ТІЛА ОБЕРТАННЯ ПЛОЩИНИ ГВИНТОВІ ПРОФІЛІ Зубчасті профілі Фасонні профілі ПІДВИЩЕННЯ ЗНОСОСТІЙКОСТІ ЗНИЖЕННЯ ШОРСТКОСТІ ПІДВИЩЕННЯ МАСТИЛЬНОЇ ЗДАТНОСТІ ПІДВИЩЕННЯ ТВЕРДОСТІ ПІДВИЩЕННЯ ВТОМНОЇ МІЦНОСТІ Рис. 1 − Характеристика способу електромеханічної обробки Для електромеханічного зміцнення розроблюються спеціальні пристрої, які встановлюють на ве- рстатах з рухами формоутворення, що відповідають геометрії поверхонь деталей машин для фінішної зміцнювальної обробки. Автором в роботі [2] розроблений пристрій для електромеханічного зміцнення з робочим інструментом у вигляді дискового ролика. Особливістю пристрою є те, що ступиця ролика ви- конана сферичною у вигляді робочих напівкуль з центром сфери, розташованим у геометричному центрі ролика. Робочі напівкулі ступиці ролика спряжені з підп’ятником ковзання і утворюють регульований сферичний шарнір. Підп’ятники виконані з можливістю переміщення вздовж осі шарніра. В підшипни- кових опорах виконані системи каналів для змащування. Розглянуті пристрої використовують для оброб- ки концентричних циліндричних деталей. Для зміцнення ексцентричних, кулачкових валів необхідні пристрої більш складної конструкції. Для таких деталей використання токарного верстату не дозволяє забезпечити незмінність зусиль притис- кання. В роботах [3-4] для обробки деталей складної форми запропоновано провести модернізацію круг- PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Пристрій для електромеханічного зміцнення циліндричних трибосполучень Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2011, № 4 63 лошліфувального верстату шляхом заміни опорного валу шліфувальної бабки на більш довгий для вста- новлення на ньому пристрою для зміцнення. Постійність сил притиснення забезпечується копірувальним механізмом, що задає зміщення осі вала. Дослідження способу ЕМО в роботі [5] проводилось за допомогою установки дослідних зраз- ків. Згідно методиці дослідний зразок встановлювався і закріплювався в патроні токарного верстата. Джерело технологічного струму підключалося до живлячої мережі через регулятор напруги типу РНО-250. Знижуюча обмотка джерела технологічного струму підключалася через струмозйомний при- стрій до патрона і до накатної головки, встановленої в супорті токарного верстата з електричною ізоляці- єю від останнього. У повзуні накатної головки встановлювались твердосплавні ролики в міднографіто- вих підшипниках. За допомогою гідроциліндра забезпечувались необхідні зусилля притискання ролика до поверхні випробовуваного зразка . Рідина для притиснення подавалась гідронасосом. В даній роботі представлена конструктивна реалізація пристрою для комбінованої електромеха- нічної обробки циліндричних зовнішніх поверхонь з твердосплавним роликом. За прототип конструкції була прийнята інструментальна державка із спіральною пружиною, розроблена в Ленінградській лісоте- хнічній академії і описана в роботі [1]. Недоліком базової конструкції є односторонність притискання ко- взного струмозйомника до інструментального ролика, що погіршує електричні і механічні характеристи- ки, порівняно із запропонованою нижче симетричною схемою розташування струмозйомних елементів. Рис. 2 − Будова пристрою для електромеханічного зміцнення Пристрій для електромеханічного зміцнення (рис. 2) складається з циліндричного пустотілого корпусу 14 в якому розташований робочий шток 12. Шток сполучається з внутрішньою поверхнею кор- пусу по ковзній посадці з можливістю поздовжнього переміщення. Для обмеження ходу штоку служить поздовжній паз на поверхні штоку і два гвинта 15. На задню частину корпусу нагвинчується задня криш- ка 16. Між кришкою 16 і штоком 12 розміщена силова 17 пружина , при стисканні якої шляхом загвин- чування кришки 16 створюється робоче навантаження до 200 Н. До корпусу пристрою призварена при- зматична планка 1, яка дозволяє встановлювати пристрій у різцеутримувачі токарного верстату (рис. 3). Для електроізоляції пристрою від корпусу верстату на планку 1 одітий текстолітовий кожух 19 з кріп- ленням гвинтами 20. Спереду корпус пристрою закритий кришкою 13. Передній кінець штоку 12 має різьбу, на яку нагвинчується вилка 10. У вилці 10 змонтований вузол інструментального ролика 5. Ролик 5 виготовлений з твердого сплаву ВК15 методом порошкової металургії з фінішною алмазноабразивною обробкою. Ролик 5 через бронзову втулку 6 встановлений на двох радіально-упорних підшипниках 4, які в свою чергу запресовані на вісь 8. Для електроізоляції інструментального ролика від корпусу пристрою вісь 8 опирається на дві текстолітові втулки 9, розміщені у корпусі вилки 10 і закріплені гвинтами 18. З іншого боку до ролика притиснена бронзова шайба 3. До торцевих поверхонь втулки 6 і шайби 3 щільно прилягають струмозйомники 7, виготовлені з бронзографітового матеріалу. Струмозйомники 7 через шину (на рисунку не показана) під`єднані до металевої планки 1 гвинтом 2. А планка під`єднана до одно- го полюса електричного джерела живлення. Другий полюс джерела електричного струму під`єднаний через бронзографітовий струмозйомник до циліндричної заготовки (рис. 3). В процесі обробки ролик притискається із робочим зусиллям до циліндричної заготовки. Навантаження створюється поперечним переміщенням каретки супорту верстата, а попереднє навантаження підтисканням задньою кришкою 16 пружини 17. Рухи обробки (швидкість обертання і подача) відповідають кінематичними рухами токарно- го верстату і налагоджуються відповідним чином. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Пристрій для електромеханічного зміцнення циліндричних трибосполучень Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2011, № 4 64 Рис. 3 − Вигляд процесу обробку ЕМО циліндричної заготовки на базі токарного верстату В процесі обкочування поверхні заготовки через зону контакту ролика із заготовкою проходить електричний струм силою 500 ... 1000 А від джерела живлення. За рахунок цього поверхнева зона підда- ється швидкісному нагріву-охолодженню, що створює умови для утворення в поверхневому шарі особ- ливої мартенситної структури «білого шару» з підвищеними зносостійкими властивостями. Крім того поверхня заготовки зміцнюється і вигладжується від механічного обкочування твердосплавним шліфо- ваним роликом. На рис. 3 показаний зовнішній вигляд процесу електромеханічного зміцнення циліндри- чної заготовки розробленим і виготовленим пристроєм. Висновок Проведений аналіз конструктивних особливостей технологічного устаткування для електроме- ханічної обробки і представлена модифікована конструкція пристрою для зміцнення циліндричних пове- рхонь деталей машин. Література 1. Аскинази Б.М. Упрочнение и восстановление деталей машин электромеханической обработ- кой. – М.: Машиностроение, 1989. − 200 с. 2. Патент РФ 2383422, МПК B24B39/00 , B21H3/12, Инструментальный узел для электромеха- нической обработки винтовых поверхностей / В.И. Жиганов ; заявитель и патентообладатель Федераль- ное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульянов- ская государственная сельскохозяйственная академия". – № RU 2383422 , заявл. 07.04.2008 ; опубл. 10.03.2010, : ил. 3. Багмутов В. П. Электромеханическая обработка: технологические и физические основы, свой- ства, реализация / В. П. Багмутов, С.Н. Паршев., Н.Г.Дудкина, И.Н. Захаров // Новосибирск: Наука, 2003. – 318 с. 4. Богданов Е.П. О целесообразности упрочнения наплавленных поверхностей / Е.П. Богданов, Д.А. Липченко, О.Ю. Полусмаков // Инновационные технологии в обучении и производстве: Материалы III Всероссийской конференции, г. Камышин, 20-22 апреля 2005г.: В 3 т. – Волгоград, 2005. Том 2 – С. 15-17. 5. Чумаченко В.С. Разработка схемы и обоснование рациональных параметров электромеханиче- ского устройства упрочнения зеркала гидроцилиндров / В.С. Чумаченко // Сб. работ к 80 - летию инсти- тута имени М. М. Федорова, НИИГМ им. Федорова, Донецк, 2009. Надійшла 14.10.2011 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com